高中物理人教版选修3-5第十九章第6节核裂变同步练习
一、选择题
1．裂变反应中释放出的能量来自于 （ ）
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的平均结合能变大，释放出能量
2．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（ ）
A．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
3．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是（ ）
A．质子 B．中子 C．β粒子 D．α粒子
4．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是（ ）
A．铀238的衰变方程式为： → ＋
B． 和 互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
5．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为（ ）
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
6．一个 核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 ＋ ―→ ＋ ＋2 ，则下列叙述正确的是（ ）
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
7．如图所示，镉棒在核反应堆中的作用是（ ）
A．使快中子变慢中子
B．使慢中子变快中子
C．使反应速度加快
D．控制反应速度，调节反应速度的快慢
二、多项选择题
8．下面是铀核裂变反应中的一个： ＋ ―→ ＋ ＋10
已知铀235的质量为235.043 9u，中子质量为1.008 7u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2u，则此核反应中（ ）
A．质量亏损为Δm＝235.043 9u＋1.008 7u－89.907 7 u－135.907 2u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×931.5MeV
三、填空题
9．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， 是常用的核燃料， 受一个中子轰击后裂变成 和 两部分，并产生 个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要 （选填“大于”或“小于”）它的临界体积。
10．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 为燃料的反应堆中，当 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为： ＋ ―→ ＋ ＋3 。
已知 的原子质量为235.043 9u， 的原子质量为1.008 7u， 的原子质量为138.917 8u， 的原子质量为93.915 4u，且1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是 MeV。
四、计算题
11．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件．
（1）核反应堆中的“燃料”是 ，完成下面的核反应方程式 ＋ ―→ ＋ ＋10 ；
（2）一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.043 9 u，氙核质量为135.907 2 u，锶核质量为89.907 7 u.1 u＝1.66×10－27 kg，浓缩铀中铀235的含量占2%.
12．2015年，是我国纪念抗日战争和世界反法西斯战争胜利70周年。1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104t TNT爆炸的能量(约8.4×1013J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程 ＋ → ＋ ＋3 ＋201 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C不符合题意，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，D符合题意．
故答案为：D。
【分析】核裂变是一个重原子的原子核分裂为两个或更多较轻原子核、并在分裂时两到三个自由中子并释放巨大能量的过程；发生核反应过程中，核子数保持守恒。
2．【答案】C
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积或临界质量，故A、D错，C对。铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故B错。
【分析】铀块体积（或质量）大于临界体积或临界质量。
3．【答案】B
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】重核裂变时放出中子，中子再轰击其他重核发生新的重核裂变，形成链式反应，B项正确。
【分析】中子轰击重核，使重核发生裂变；重核裂变时能够放出中子，中子再轰击其他重核发生新的裂变，形成链式反应，使裂变不断进行下去。
4．【答案】D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A项正确；铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B项正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C项正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D项错．
【分析】铀238衰变放出一个粒子，根据质量守恒和电荷守恒可得衰变方程；质子数相同的互为同位素；基因突变是皮肤癌额白血病诱因之一；贫铀弹袭击目标时产生高温化学反应，所以爆炸力、穿透力比一般炸弹强。
5．【答案】A
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．反应堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项A正确．
【分析】铀235发生重核裂变时容易发生链式反应。
6．【答案】A
【知识点】原子核的人工转变
【解析】【解答】X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C、D错误．
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知X原子核中有140个核子。86个中子，裂变释放能量，出现质量亏损，但总质量不变。
7．【答案】D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用．
【分析】在核反应堆中镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度。
8．【答案】B,D
【知识点】核裂变与核聚变；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。
【分析】质量亏损等于反应前的总质量减去反应厚的总质量，1u的质量亏损放出931.5MeV的能量。
9．【答案】3；大于
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】 受一个中子轰击后裂变成 和 两部分，根据电荷数和质量数守恒有： ， ，解得 ，所以中子个数为3；链式反应的条件：裂变物质体积大于临界体积，链式反应才能进行。
【分析】根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知铀235裂变时放出3个中子，裂变物质体积大于临界体积是发生链式反应的条件。
10．【答案】1.8×102
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×9.3×102MeV＝1.8×102MeV。
【分析】首先用反应前的总质量减去反应后的总质量得出质量亏损，1u质量亏损放出MeV的能量，二者相乘即可。
11．【答案】（1）解： ＋ ―→ ＋ ＋10
（2）解：核电站每年放出的热量：
Q＝P·t＝1.0×109×3.6×103×24×365 J＝3.2×1016 J.
一个 裂变放出的热量：
ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9－89.907 7－135.907 2－9×1.008 7)×1.66×10－27×(3×108)2 J
＝2.3×10－11 J.
需要浓缩铀：m＝ ＝2.7×104 kg.
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据质量数和电荷数守恒完成核反应方程；根据质能方程计算一个铀235裂变放出的能量，再计算一年放出的能量，再根据浓缩铀中铀的含量计算一年需要的浓缩铀的质量。
12．【答案】解：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201MeV的能量，1mol铀核裂变放出的能量为ΔE1＝6.02×1023×201MeV＝1.936×1013J，
1 mol铀核的质量为0.235kg，则原子弹中铀核的质量为m＝ ×0.235kg＝ ×0.235kg＝1.02kg。
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据核反应方程和质能方程计算出一个铀235裂变释放的能量，再计算1mol铀核裂变放出的能量，再计算J的能量有多少mol的铀235，1mol铀核质量为0.235Kg，即可计算出铀235的质量。
1 / 1高中物理人教版选修3-5第十九章第6节核裂变同步练习
一、选择题
1．裂变反应中释放出的能量来自于 （ ）
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的平均结合能变大，释放出能量
【答案】D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C不符合题意，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，D符合题意．
故答案为：D。
【分析】核裂变是一个重原子的原子核分裂为两个或更多较轻原子核、并在分裂时两到三个自由中子并释放巨大能量的过程；发生核反应过程中，核子数保持守恒。
2．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（ ）
A．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
【答案】C
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积或临界质量，故A、D错，C对。铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故B错。
【分析】铀块体积（或质量）大于临界体积或临界质量。
3．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是（ ）
A．质子 B．中子 C．β粒子 D．α粒子
【答案】B
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】重核裂变时放出中子，中子再轰击其他重核发生新的重核裂变，形成链式反应，B项正确。
【分析】中子轰击重核，使重核发生裂变；重核裂变时能够放出中子，中子再轰击其他重核发生新的裂变，形成链式反应，使裂变不断进行下去。
4．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是（ ）
A．铀238的衰变方程式为： → ＋
B． 和 互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
【答案】D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A项正确；铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B项正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C项正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D项错．
【分析】铀238衰变放出一个粒子，根据质量守恒和电荷守恒可得衰变方程；质子数相同的互为同位素；基因突变是皮肤癌额白血病诱因之一；贫铀弹袭击目标时产生高温化学反应，所以爆炸力、穿透力比一般炸弹强。
5．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为（ ）
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
【答案】A
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．反应堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项A正确．
【分析】铀235发生重核裂变时容易发生链式反应。
6．一个 核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 ＋ ―→ ＋ ＋2 ，则下列叙述正确的是（ ）
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
【答案】A
【知识点】原子核的人工转变
【解析】【解答】X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C、D错误．
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知X原子核中有140个核子。86个中子，裂变释放能量，出现质量亏损，但总质量不变。
7．如图所示，镉棒在核反应堆中的作用是（ ）
A．使快中子变慢中子
B．使慢中子变快中子
C．使反应速度加快
D．控制反应速度，调节反应速度的快慢
【答案】D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用．
【分析】在核反应堆中镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度。
二、多项选择题
8．下面是铀核裂变反应中的一个： ＋ ―→ ＋ ＋10
已知铀235的质量为235.043 9u，中子质量为1.008 7u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2u，则此核反应中（ ）
A．质量亏损为Δm＝235.043 9u＋1.008 7u－89.907 7 u－135.907 2u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×931.5MeV
【答案】B,D
【知识点】核裂变与核聚变；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。
【分析】质量亏损等于反应前的总质量减去反应厚的总质量，1u的质量亏损放出931.5MeV的能量。
三、填空题
9．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， 是常用的核燃料， 受一个中子轰击后裂变成 和 两部分，并产生 个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要 （选填“大于”或“小于”）它的临界体积。
【答案】3；大于
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】 受一个中子轰击后裂变成 和 两部分，根据电荷数和质量数守恒有： ， ，解得 ，所以中子个数为3；链式反应的条件：裂变物质体积大于临界体积，链式反应才能进行。
【分析】根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知铀235裂变时放出3个中子，裂变物质体积大于临界体积是发生链式反应的条件。
10．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 为燃料的反应堆中，当 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为： ＋ ―→ ＋ ＋3 。
已知 的原子质量为235.043 9u， 的原子质量为1.008 7u， 的原子质量为138.917 8u， 的原子质量为93.915 4u，且1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是 MeV。
【答案】1.8×102
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×9.3×102MeV＝1.8×102MeV。
【分析】首先用反应前的总质量减去反应后的总质量得出质量亏损，1u质量亏损放出MeV的能量，二者相乘即可。
四、计算题
11．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件．
（1）核反应堆中的“燃料”是 ，完成下面的核反应方程式 ＋ ―→ ＋ ＋10 ；
（2）一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.043 9 u，氙核质量为135.907 2 u，锶核质量为89.907 7 u.1 u＝1.66×10－27 kg，浓缩铀中铀235的含量占2%.
【答案】（1）解： ＋ ―→ ＋ ＋10
（2）解：核电站每年放出的热量：
Q＝P·t＝1.0×109×3.6×103×24×365 J＝3.2×1016 J.
一个 裂变放出的热量：
ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9－89.907 7－135.907 2－9×1.008 7)×1.66×10－27×(3×108)2 J
＝2.3×10－11 J.
需要浓缩铀：m＝ ＝2.7×104 kg.
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据质量数和电荷数守恒完成核反应方程；根据质能方程计算一个铀235裂变放出的能量，再计算一年放出的能量，再根据浓缩铀中铀的含量计算一年需要的浓缩铀的质量。
12．2015年，是我国纪念抗日战争和世界反法西斯战争胜利70周年。1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104t TNT爆炸的能量(约8.4×1013J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程 ＋ → ＋ ＋3 ＋201 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
【答案】解：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201MeV的能量，1mol铀核裂变放出的能量为ΔE1＝6.02×1023×201MeV＝1.936×1013J，
1 mol铀核的质量为0.235kg，则原子弹中铀核的质量为m＝ ×0.235kg＝ ×0.235kg＝1.02kg。
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据核反应方程和质能方程计算出一个铀235裂变释放的能量，再计算1mol铀核裂变放出的能量，再计算J的能量有多少mol的铀235，1mol铀核质量为0.235Kg，即可计算出铀235的质量。
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